磷酸二氢钙设计说明书

1、前言21.工作说明书41.1工艺概述41.2反应机理41.2.1湿法磷酸的反应机理41.2.2 石灰乳和磷酸中和的反应机理41.3反应流程51.3.1工艺流程51.3.2流程图61.4各工段简要说明71.4.1脱硫工段71.4.1.1工段任务71.4.1.2反应机理81.4.1.3工艺指标81.4.2一段脱氟81.4.2.1 工段任务81.4.2.2反应机理91.4.2.3 工艺指标91.4.3压滤工段91.4.3.1工段任务91.4.3.2 压滤原理101.4.3.3工艺指标101.4.4二段脱氟101.4.4.1工段任务101.4.4.2反应机理101.4.4.3工艺指标101.4.5澄清

2、111.4.5.1岗位任务111.4.5.2 沉降原理111.4.5.3 工艺指标111.4.6中和工段111.4.6.1岗位任务111.4.6.2反应机理111.4.6.3工艺指标111.4.7离心工段121.4.7.1工段任务121.4.7.2分离原理121.4.7.3工艺指标121.4.8 烘干工段121.4.8.1工段任务121.4.8.2烘干原理131.4.8.3工艺指标132主要工段设备的选择及相关计算142.1磷矿酸解过程142.1.1 反应器体积的计算142.1.2反应器的设计162.1.2.1热量衡算及反应器尺寸162.1.2.2搅拌器的选择及其功率172.1.2.3搅拌罐材

3、料及厚度的选择192.2压滤过程222.2.1 板框压滤机的选择222.2.2 滤布的选型及应用232.2.3板框压滤机过滤面积的设计262.2.3.1过滤阶段272.2.3.2洗涤阶段282.2.3.3 生产能力282.2.3.4 操作压力对过滤的影响292.2.3.4 面积计算292.3中和过程302.3.1反应器体积的计算302.3.2 反应器的设计312.4aspen模拟及相关衡算333.各工段设备选择的简要介绍383.1酸解设备383.2一段脱氟设备383.3 压滤设备393.4二段脱氟设备393.5澄清设备393.6中和设备393.7离心设备403.8烘干设备403.9回收设备40

4、4.厂址选择414.1厂区选择原则414.2厂区位置简介424.3厂址位置介绍434.3.1园区简介434.3.2厂址原料提供概况444.3.3优惠政策454.4结论45前言磷酸二氢钙，无机化合物，是无色三斜片状、粒状或结晶性粉末，广泛用于水产养殖动物及畜禽养殖动物的饲料添加剂，用作膨松剂、面团调节剂、缓冲剂、营养增补剂、乳化剂、稳定剂等品质改良剂。本书主要讨论的是饲料级磷酸二氢钙的制备工艺及设备。工业上制取磷酸二氢钙通常有两种方法：即磷酸氢钙法和石灰法。磷酸氢钙法是由食品级磷酸氢钙或食品级磷酸三钙与食品级磷酸溶液中和，控制终点为Ph值3.2；再经浓缩、结晶即得产品；主要反应为CaHPO4+H

5、3P04Ca(H2PO4)2；石灰法是用石灰中和食品级磷酸，控制终点为PH值3.2，即得磷酸二氢钙，主要反应为CaCO3+2H3P04Ca(H2PO4)2+H20+CO2，本书主要讨论石灰法制备磷酸二氢钙。我小组选择硫酸法制取湿法磷酸，采用两段中和沉淀法生产饲料级磷酸氢钙，湿法磷酸经过脱硫后,送到一段中和进行磷酸净化,磷酸中所含的氟、铅、砷、铁、铝等杂质生成的沉淀物,经过分离制得肥料级磷酸氢钙。净化后磷酸送至下工序进行二段中和,中和后料浆经过分离、干燥制得饲料级磷酸二氢钙产品。本工艺制得的产品纯度高,有害杂质(氟、砷、铅)含量低 ,对原料质量要求相对较低，所得的产品质量稳定。适用于我国磷矿资源

6、“贫矿多富矿少、难选矿多易选矿少”的情形，以及符合我国绿色建厂的理念。为了完成此次设计，我小组各成员踊跃参与工作的各个环节，熟练掌握AutoCAD、aspen、comsol等应用软件，并积极查阅资料文献，联系指导老师，力争将各个环节做到最好。但由于条件限制（一些实验数据无法取得）以及自身实践经验不足，再加之时间紧迫，水平有限，很多地方有一些不足之处，还望各位老师及读者多多包涵，并加以指正。谢谢！ 2013年9月12日1.工作说明书1.1工艺概述用硫酸和磷酸的混酸酸解磷矿脱硫结晶后，经过两段脱氟净化后，得到脱氟磷酸。再由脱氟磷酸和石灰乳中和，控制pH为3.2，得到产品磷酸二氢钙。1.2反应机理1

7、.2.1湿法磷酸的反应机理湿法磷酸生产中,磷矿、硫酸和返回的磷酸被一同送入酸解反应器，在化学反应机理上，可认为反应分两步进行，过程如下：Ca5F(PO4)37H3PO45Ca(H2PO4)2HF5Ca(H2PO4)25H2SO4+10H2O5CaSO42H2O10H3PO41.2.2 石灰乳和磷酸中和的反应机理石灰乳或石灰粉溶解在磷酸中，生成磷酸二氢钙，反应式为：Ca(OH)2+2H3PO4Ca(H2PO4)2+2H2OCaCO3+2H3PO4Ca(H2PO4)2+CO2+H2O生成产物与所加入石灰量有着密切的关系，若石灰过量，在上述反应的基础上，将发生：Ca(H2PO4)2+Ca(OH)2+

8、2H2O=2（CaHPO4.2H2O)Ca(H2PO4)2+CaCO3+3H2O=2（CaHPO4.2H2O)+CO2如果石灰乳用量大于磷酸氢钙中CaO：P2O5的理论重量比（CaO：P2O5=0.79，PH=6.3）时，磷酸氢钙将分解，同时生成磷酸二氢钙和磷酸三钙，盐中的磷酸根有一半进入磷酸三钙中，即发生： PH=6.34CaHPO4 Ca(H2PO4)2+Ca3(PO4)2 石灰乳因此，控制pH对于此步反应至关重要。图1.2.2表示用Ca(OH)2或CaCO3中和H3PO4时，溶液的PH和磷酸浓度（P2O5)变化和石灰乳加入量的关系。 图1.2.2磷酸沉淀过程中溶液PH值的变化在溶液中，当

9、加入的石灰乳量为化学理论量的50%（或更高）时，磷酸氢钙开始析出，溶液的PH值为3.03.2。随着石灰乳用量的增加，溶液PH逐渐增大到4.8，此后，即使再向溶液中加入小量石灰乳，溶液的PH值就会急剧上升，从而生成磷酸三钙。因此，须将pH控制在3.2，才能保证得到目标产物磷酸二氢钙。1.3反应流程1.3.1工艺流程工艺流程为：磷酸车间萃取出的湿法磷酸由泵输送至饲钙车间脱硫槽，和来自磷酸车间的磷矿浆进行脱硫反应。经加入絮凝剂进行沉降分离，下层稠浆返回磷酸车间萃取使用，上层清液去一段脱氟进行磷酸净化。在加入脱氟剂CaCO3和Ca（OH)2调节PH值后，湿法磷酸中所含的氟、铁、铝等杂质约90%生成的沉

10、淀物,再使用板框压滤机进行分离。所得的滤饼为肥料级磷酸氢钙，滤液为初步净化磷酸送至二段脱氟再次净化，最终磷酸净化到满足生产饲料级磷酸氢钙的要求P/F比大于100。然后再加入石灰乳进行中和，料浆使用卧式离心机进行分离，离心出含有游离水的半成品经过气流干燥制得饲料级磷酸氢钙产品。1.3.2流程图饲料级磷酸氢钙脱氟工段工艺流程简图磷酸脱硫沉降一段脱氟压滤二段脱氟澄清池磷矿浆脱硫稠浆絮凝剂碳酸钙、石灰乳洗涤水工艺水脱氟清液脱氟稠浆石灰乳白肥饲料级磷酸氢钙成品工段工艺流程简图中和脱氟清液离心烘干旋风收尘成品筛分石灰乳中和沉降外排水热空气布袋收尘成品包装尾气排放粗颗粒堆放1.4各工段简要说明1.4.1脱硫

11、工段1.4.1.1工段任务通过磷矿浆与磷酸反应，降低磷酸中残余的H2SO4为饲钙车间一段脱氟岗位提供合格的脱硫磷酸，并向磷酸车间萃取岗位提供杂质含量相对较低脱硫磷矿浆。1.4.1.2反应机理Ca5F(PO4)37H3PO45Ca(H2PO4)2HFCaCO32H3PO4Ca(H2PO4)2CO2H2OMgCO32H3PO4Mg(H2PO4)2CO2H2OCa5F(PO4)35H2SO45CaSO43H3PO4+HF1.4.1.3工艺指标1.脱硫磷酸P2O5浓度200g/L；2.脱硫磷酸SO320g/L；3.脱硫混合液比重1.201.30 g/ml；4.脱硫稠浆比重1.50g/ml；5.絮凝剂溶

12、液：0.5%2.0%（质量比）6.矿浆细度（100目）：80%；7.矿浆水分：30%；1.4.2一段脱氟1.4.2.1 工段任务湿法磷酸含有大量的铁、铝、氟等有害杂质，通过加入碳酸钙、石灰乳调节PH值，除去湿法磷酸中铁、铝、氟等大部分有害杂质，初步净化湿法磷酸。1.4.2.2反应机理H3PO4 HH2PO4 H2PO4HHPO42HPO42 HPO43 H2SO42HSO422HCaCO3Ca2+H2OCO2 2HCa(OH)2Ca2+2H2OCa2+F-CaF Ca2+SO42CaSO4 Al3PO43 AlPO4 Fe3PO43 FePO41.4.2.3 工艺指标a. 脱氟稠浆返溶温度50

13、60；b. 脱氟前磷酸稀释比重:11120Be，；c. 脱氟重钙终点PH值:2.0-2.3；d. 脱氟石灰终点PH值:2.3-2.5；e. 一段脱氟终点F含量：0.30.8g/L；f. 碳酸钙：细度97%（-100目）；g. 碳酸钙浆比重：1.201.40g/mL；1.4.3压滤工段1.4.3.1工段任务对一段脱氟料浆进行液固分离，控制好洗涤水加入量保证白肥洗涤效果减少P2O5损失，提供符合要求的滤液和洗涤液.1.4.3.2 压滤原理过滤开始时，物料在进料泵的推动下，经止推板的进料口进入普通厢式滤板和隔膜滤板所构成的滤室内，物料借助进料泵产生的压力进行固液分离。在经止推板的洗涤口通入洗涤水，对

14、滤饼进行洗涤。然后再由隔膜滤板上的压榨口通入高压水，进一步压榨滤饼。1.4.3.3工艺指标a. 白肥P2O5总14.0%；b. 白肥P2O5水3.0%；1.4.4二段脱氟1.4.4.1工段任务负责对一段脱氟粗净化的磷酸再进行深度净化，去除有害杂质，使深度净化后的磷酸完全能达到生产饲料级磷酸氢钙的标准。1.4.4.2反应机理Al3+PO43-=AlPO4 ; Fe3+ PO43-=FePO42F-+Ca2+=CaF2 ; Ca2+HPO42-=CaHPO41.4.4.3工艺指标a. PH值控制范围:2.6-3.2；b. 脱氟清液（过滤）P2O5/F:300-400；1.4.5澄清1.4.5.1岗

15、位任务负责对二段脱氟料浆进行沉清，保证中和工序使用磷酸清澈，向一段脱氟提供脱氟稠浆。1.4.5.2 沉降原理通过澄清池进行自然沉降，二段脱氟料浆中固体依靠自身重力沉降，从而达到沉降效果。1.4.5.3 工艺指标脱氟清液P2O5/F:300-400；1.4.6中和工段1.4.6.1岗位任务石灰乳与经过澄清岗位后再次净化磷酸反应，控制好结晶环境，得到粗大、均匀的二水磷酸氢钙。1.4.6.2反应机理2H3PO4+Ca(OH)2=Ca(H2PO4)2H2O+H2O1.4.6.3工艺指标a. 中和后PH值:3.2；b. 反应前的温度:36-40；c. 中和终点温度: 40-50；d. 母液P2O5含量：

16、过滤1g/L；e. 料浆悬浮量：5%（体积比）1.4.7离心工段1.4.7.1工段任务对中和岗位所提供的中和料浆进行固液分离，向烘干岗位提供达到工艺要求的半成品。1.4.7.2分离原理料浆在离心机转鼓内，通过离心机高速旋转产生的离心力作用，对固相和液相进行强制分离。1.4.7.3工艺指标a. 离心半成品水份:25%；b. 离心母液含固量（体积比): 3%；c. 母液P2O5含量：未过滤1.5g/L；1.4.8 烘干工段1.4.8.1工段任务将含有游离水的半成品进行烘干，得到符合标准的饲料级磷酸氢钙产品。1.4.8.2烘干原理物料在脉冲管内通过气流带动与来自热风炉的热空气进行充分的接触，通过对流

17、传热及传导传热的方式进行热交换达到烘干的目的。1.4.8.3工艺指标a. 炉温:500-800，烘干温度:80-160；b. 产品内在指标:符合GB-T22549-2008标准： P16.5；Ca20.0；F0.18；重金属（以Pb计）含量0.003；砷（As）含量0.003；细度（500um试验筛）95；产品的水份3.0%；2主要工段设备的选择及相关计算2.1磷矿酸解过程2.1.1 反应器体积的计算该反应的总反应式为：Ca5F(PO4)3+5H2SO4=3H3PO4 + 5Ca SO4 +HF由于该反应为一级反应故 r = Ks * S * Cs= Ks Cs mol/s而Ks=exp(-4

18、2000/RT) 1/s又因为该反应为固液反应，可采用锁芯模型来简单处理（如下图）假设CAs为常数 X=1-(Rc-bksCAst)/Rc3t 为反应时间 ks =exp(-42000/RT) 代入上式得： X=1- (Rc- exp(-42000/RT)bCAst)/Rc3又反应为循环反应，最终物料基本反应完全故X=0.99，且反应温度T=80代入计算得反应时间t=1.5h CaSO42H2O的结晶时间=4.5h故总停留时间 T=t+=6h根据物料衡算结果H3PO4的进口流量为138.5067 kmol/h密度为1.834 kg/L体积流量 vp=138.5067*97.9124/1.834

19、=7.40 m3/h同理，Ca5F(PO4)3进口处体积流量为 vCa=4.53 m3/sH2SO4进口处体积流量为vS=5.38 m3/sH2O进口处体积流量为Vw=36.98 m3/s因此，进口处总体积流量v=vp+ vCa+ vS+vw=7.40+4.53+5.38+36.98 =54.29 m3/h停留时间T=6h故有效体积V0=54.29*6=325.74 m3设计填充系数=0.8所以实际体积V=V0/=407.175 m32.1.2反应器的设计按反应器的结构来分类，可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床式反应器、流化床式反应器等。搅拌釜式反应器内有搅拌装置，可以强化流体的

20、流动，适用于各种相态的反应物系。搅拌过程物流湍动性大，反应物分子之间的撞击、反应物与容器壁的接触界面不断更新，强化了传质与传热，有利于反应的进行，是一种较好的反应设备，而且结构简单、制造方便。在本工艺中，反应物为固相的磷矿浆和液相磷酸和硫酸，根据实际情况，我们选择同心圆单槽多桨反应器。 环形槽分为8个小区，每个小区都有一个搅拌桨中心筒为第9个区，第一区和第八区间有隔板。2.1.2.1热量衡算及反应器尺寸由于酸解槽中磷矿分解为放热反应，根据实际情况，采用空气冷却的方法移走多余热量,具体方法为: 为减轻环境污染以及减少废气处理量,将空气冷却系统安置在室外,利用厂房及槽,罐排除的气体进行冷却.上述气

21、体经输气管送到反应器顶部,经空气冷却喷嘴喷向浆料表面.CpVa(Tout-Tin)+Q= HXVs令进口空气温度Tin=20出口空气温度Tout=30可得，Q=221.90 KJ/s且K=0.023 W/(mK), d=0.5mm可得传热的平均温差Tavg= (T-Tin)-(T-Tout)/ln( (T-Tin)/ (T-Tout) =54.85单位面积的热交换速率Qr=k* Tavg /d=2.52KJ/(m2s)故换热面积最小为S=Q/Qr=88.06 m2设计反应器为Rout =2Rin=1.6HV=(Rout2-Rin2)*H=407.175 m3可解得H=4.08m； Rout=6

22、.53 m； Rin=3.26 m 换热面积S=V/H=99.80 m288.06 m2故满足设计条件2.1.2.2搅拌器的选择及其功率搅拌器是使搅拌介质形成适宜的流动状态而向其输入机械能的装置。不同介质通过搅拌，使其彼此间相互分散，以达到均匀混合，提高化学反应、传质和传热速率的目的。搅拌器的型式很多，常用的搅拌器有桨式、涡轮式、推进式、锚式和框式、螺杆式、螺带式等。由于磷矿酸解在反应器中进行时的浓度较低，因此可选择使用桨式搅拌器。又反应器为环形槽，实际两壁间的距离D=Rout-Rin=3.26m令搅拌器为双叶平桨桨叶直径d=0.5D=1.63m桨叶叶宽b=0.2d=0.326m下面，采用永田

23、进治的搅拌功率计算式计算该搅拌器。永田进治对无挡板双叶平桨得到如下的搅拌功率计算式：Np=A/Re+B(1000+1.2Re0.66)/(1000+3.2Re0.66)P(H/D)(0.35+b/D)Np=P/(N3d5)，Re=d2N/A=14+（b/D）670(d/D-0.6)2+185B=101.3-4(b/D-0.5)2-1.14(d/D)p=1.1+4b/D-2.5(d/D-0.5)2-7(b/D)4假设每个搅拌区域有3块挡板在全挡板条件下（Wb/D）1.2nbKb=0.35其中Wb为挡板宽度，nb为挡板数，Kb为挡板系数，当Kb=0.35时，称全挡板条件。将nb=3，D=3.26

24、m代入上式得：Wb=0.544 m二叶平桨在全挡板时的搅拌功率：Rec=25D/b*(d/D-0.4)2+(b/D)/(0.11b/D-0.0048)当d=1.63 m ，D=3.26 m ，b=0.326 m时计算得Rec=18.63同理可得:A=33.17; B=1.23; p=1.5又液深H=4.08*0.8=3.26 m将上述数据代入得Np=2.986假设转速N=10 r/s所以功率P=NpN3d5=2.986*1.144*103*1.635=39.31 kw又有8个搅拌器同时工作，故总功率P总=8*39.31=314.44 kw2.1.2.3搅拌罐材料及厚度的选择由于该反应是在常压酸

25、性条件下发生的反应，故须考虑反应器材料的耐腐蚀性，而此条件下发生的腐蚀主要为均匀腐蚀(即介质与金属接触的整个表面上产生程度基本相同的腐蚀)和电化学腐蚀。因此，综合考虑选择低碳钢16MnR作为反应器材料。由于该反应器由内外两个圆柱筒构成，且反应物料存在于环隙中，故可将两圆筒视为下部支承承受液体静压的半径不同的圆柱形壳体分别计算。对于外部的圆柱形壳体，设液面深度为x；则在x深度处的压力为：P=P0+gxP0为液面上方的气体压力。又由拉普拉斯方程：/R1+=p/圆柱形壳体R1=,R2=R=pR/=(p0+gx)D/2=p0D/4容器为敞开容器，p0=0=gxD/2=0所以，当液面深度x达到最大时，达

26、到最大。查表知，16MnR在80下的许用应力为170MPa采用双面焊接，局部无探伤，则=0.85故=gxD/2170MPa又Xmax=4.08*0.8=3.27m则1.143*9.8*3.27*6.53*2/2170*0.851.66mm考虑钢板负偏差C1=0.18mm,介质的腐蚀裕量C2=2mm故外壳体厚度out=1.66+0.18+2=3.84mm4mm对于内部的圆柱形壳体，可将其视为外压容器假设n=15mm，C1=0.8mm则e=15-0.8=14.2mm又L=H=4080mm，D0=3260*2=6520mmL/D0=4080/6520=0.626D0/e=6520/14.2=459.

27、1 2-1 外压受压圆筒几何参数计算图(用于所有材料) 2-2外压圆筒和球壳壁厚计算图(适用于16MnR钢)查图2-1得，A=0.00022查图2-2得,A=0.00022与材料温度线有交点且交点处 B=38则许用压力 p=Be/D0=38/459.1=0.0827MPa外压力pc=gx=0.0366MPap，但相差过大，造成浪费故再设n=13mm，C1=0.8mm则e=13-0.8=12.2mm又L=H=4080mm，D0=3260*2=6520mmL/D0=4080/6520=0.626D0/e=6520/12.2=534.4查图2-1得，A=0.00015查图2-2得,A=0.00015

28、与材料温度线无交点则许用压力 p=2AE/3（D0/e）低合金钢的弹性模量E=2*105,代入得: p=0.0374MPapc=0.0366MPa所以满足条件,故内圆柱形壳体厚度选择为13mm综上所述,该酸解反应器(单槽多桨反应器)外圆筒壳体厚度为4mm,内圆筒壳体厚度为13mm2.2压滤过程由于该工段的处理量很大,普通的固液分离设备已经不能满足设备需求,因此,我们选择使用板框压滤机来进行压滤工作。板框压滤机是工业生成中的实现液固体分离的过滤装置。只要在工业生成过程中，需要进行液固体分离，经常都要用到板框压滤机。板框压滤机的工作原理：用于固体和液体的分离。与其它固液分离设备相比，压滤机过滤后的

29、泥饼有更高的含固率和优良的分离效果。固液分离的基本原理是：混合液流经过滤介质（滤布），固体停留在滤布上，并逐渐在滤布上堆积形成过滤泥饼。而滤液部分则渗透过滤布，成为不含固体的清液。2.2.1 板框压滤机的选择 2-3 板框压滤机板框压滤机是通过板框的挤压，使污泥内的水通过滤布排出，达到脱水目的。主要由凹人式滤板、框架、自动-气动闭合系统测板悬挂系统、滤板震动系统、空气压缩装置、滤布高压冲洗装置及机身一侧光电保护装置等构成。作为中国压滤机行业十强企业之一的星鑫压滤机认为板框压滤机设备选型时，应考虑以下几个方面：(1)对泥饼含固率的要求。一般板框式压滤机与其他类型脱水机相比，泥饼含固率最高，可达3

30、5%，如果从减少污泥堆置占地因素考虑，板框式压滤机应该是首选方案。(2)框架的材质。(3)滤板及滤布的材质。要求耐腐蚀，滤布要具有一定的抗拉强度。(4)滤板的移动方式。要求可以通过液压一气动装置全自动或半自动完成，以减轻操作人员劳动强度。(5)滤布振荡装置，以使滤饼易于脱落。板框压滤机按照工作方式可分为手动式板框压滤机、全自动板框压滤机、半自动板框压滤机.本工艺考虑到人工费,自动化以及维护费等综合因素,决定使用全自动板框压滤机2.2.2 滤布的选型及应用板框压滤机滤布选型分析板框压滤机在使用过程中，滤布损坏的主要形式有：滤布伸长变形严重，滤布连接头损坏，滤布磨穿，滤布堵塞，滤布跑偏乱边等五种形

31、式。过滤的效果主要决定于所选的过滤介质是否恰当，而合适的介质可带来以下的经济效益：滤液澄清，固相损失少；滤饼容易卸除；介质不易堵塞，容易洗涤再生；工作寿命长。选定合适的过滤介质，既要靠经验，又要靠试验。滤布选型选择滤布前的准备工作选择滤布前，需要详细了解固液分离生产过程中的物料种类、分离目的、生产能力等性能指标，以便选择适宜的滤布。但是由于各种性能指标千差万别，要想选择性能优良的合适滤布有一定难度。在很多情况下，选择滤布通常以相互兼顾为原则。（）过滤要求。了解是回收固体弃去液体，还是回收液体弃去固体，或者两者都回收，或两者都舍弃；滤饼的含液量和滤液的澄清度要求：废弃物是否还需处理。（）料浆中固

32、体颗粒的特性。如颗粒大小、粒度分布范围、固体颗粒的可压缩性、颗粒形状、固体真密度。（）料浆中液体的特性。如粘度、密度、酸碱性、氧化一还原性、对有机物的可溶性及温度。（）料浆的特性。如粘度、密度、浓度（固体和液体的比例）、颗粒的分散状态。滤布选型原则（）滤布材料的物理、化学稳定性。应根据物料的物理、化学特性，选择合适的滤布材料。滤布选型时，需考虑的物理、化学性能包括使用温度、抗拉性能及变形性、化学稳定性、溶解性或膨润性、耐酸性等。（）力学性能。滤布应具有一定弹性和有一定的变形，伸长率和断裂伸长率则反映了其变形能力。刮刀卸饼的过滤机要求滤布具有良好的耐磨性。（）过滤精度。所选滤布必须满足生产工艺规

33、定的过滤精度。过滤精度要求不太高的高浓度物料的过滤，所选滤布的最大透过粒径与物料中需截留的颗粒的粒径不宣相差太大，以免造成短路。但对于过滤精度要求高的过滤或无滤饼成型的稀薄料浆的过滤，所选滤布的最大透过粒径应不大于物料中所需截流的颗粒粒径，以保证过滤精度。此外，滤布孔隙的均匀性也比较重要。可用沸腾鼓泡孔径和最大鼓泡孔径的比值来描述，比值趋于，则表示滤布孔隙的均匀程度越好。（）初始过滤速度。滤布的透气阻力、透水阻力及加压、真空过滤的初始过滤速度都间接或直接表明滤布的初始过滤速率。一般来说，透气阻力大的滤布，其透水阻力也大，阻力大的滤布初始过滤速率则小，反之则相反；截留性能好的滤布，阻力大；截留性

34、能差的滤布，阻力小。分离细颗粒、低浓度的物料，选择截留性能较好的滤布，以满足生产中规定的分离精度；分离大颗粒、高浓度的物料。选用截留性能稍差一些、阻力低的滤布，以提高设备的生产率。（）滤饼剥离性能。滤饼与滤布之间存在着粘着力，粘着力越小，越易于卸饼，滤布与滤饼间的粘着力与滤布的材质、纤维的长短、织法有关。单丝纤维的滤布比长复丝纤维和短纤维的滤布卸饼性能好，平纹滤布的卸饼性能最差，缎纹滤布的卸饼性能最好。（）再生效率。滤布随着使用时间的延长，部分孔隙被固相颗粒堵塞，使过滤阻力上升，过滤速率下降，因此需要再生，滤布的再生性能与滤布的材质、纤维长短、织法等有关系。单丝滤布的再生性能最好，长丝滤布次之

35、，短纤维滤布最差。结构致密的平纹滤布再生性能差，斜纹、缎纹类的滤布再生性能好。（）小样试验。用上述方法初步确定的滤布往往有许多品种，通过小样试验才能筛选出最佳滤布。小样试验可以测定滤布的过率速率、滤布的强度、滤饼的含湿率、卸饼性能等数据，通过数据的对比、分析就能选定最佳滤布。滤布的分类滤布按纤维材质可分为两大类：一类为天然纤维，如棉、毛、丝、麻、纤维；另一类为化学合成纤维，如涤纶、尼龙、聚丙烯腈类、芳族聚酰胺、维纶、腈纶、聚酯纤维及一些不断推出的新合成纤维。天然纤维的安全使用温度一般低于合成纤维。在化学稳定性方面，天然纤维耐酸碱性差，而合成纤维的化学稳定性好。目前所使用的滤布中最常见的是合成纤

36、维经纺织而成的滤布，根据其材质的不同可分为涤纶、维纶、丙纶、锦纶等几种。表2-4描述了常用工业滤布材料的耐腐蚀性及高温性能。 2-4 滤布材料主要性能综合该过程实际情况考虑后,可选择涤纶作为滤布材料.2.2.3板框压滤机过滤面积的设计板框压滤机的操作是分阶段依次进行的。在一个操作周期中,先进行过滤,然后通人洗水洗涤滤饼,洗涤后停机卸渣,对板、框、过滤介质滤布清洗后装合,进行下一个周期的操作=其中卸渣、清洗、装合等辅助操作时间是固定不变的,而过滤时间和洗涤时间是可变的。过滤时间过长或过短都不好。过滤时间过长从表面上看在一个操作周期中得到的滤液量多,但因过滤后期滤饼过厚,过滤平均速率很小,同时对滤

37、饼的洗涤困难,洗涤速率也小,使生产能力很小=若过滤时间过短,虽过滤平均速率和洗涤速率较大,但卸渣、清洗、装合等辅助操作时间在一个操作周期中所占比例较大,仍使生产能力较小。因此,各阶段的时间不能随意确定,即在一定的操作条件下,存在着一个最佳操作周期。只有按最佳操作周期操作,才能使生产能力最大。换句话说,只有在最佳操作周期下操作,完成一定的过滤任务所需的过滤面积才最小,最经济合理。过滤机的操作压力是过滤的推动力,采用较高的操作压力可使过滤速率较大。但因过滤刚开始时较细的颗粒易穿过过滤介质,故通常过滤开始时先进行恒速过滤,即在较小的过滤速率下过滤,当形成一定厚度的滤饼后再进行恒压过滤。过滤的基本方程

38、式为：dV/d=KA2/2(V+Ve)式中 V-过滤体积； -过滤时间； K-过滤常数； A-过滤面积； Ve过滤介质的虚拟液体体积。2.2.3.1过滤阶段过滤阶段分为两部分:恒速过滤和恒压过滤.在恒速过滤中,过滤速度为常数,得到的滤液体积V为:V=URA=KA2/2(V+Ve)整理得恒速过滤所得的滤液体积和所需时间分别为:V=KA/(2UR)-Ve=V/(AUR)式中 V恒速过滤得到的滤液体积,m3 UR恒速过滤的过滤速度,m3/m2s恒速过滤所用时间,s对于恒压过滤:V2- V2+2Ve(V-V)则恒压过滤的过滤时间为:-=(V2-V2+2VeV-2VeV)/KA22.2.3.2洗涤阶段洗

39、涤阶段为恒压操作，因板框压滤机采用横穿洗涤法，故洗涤面积为过滤面积的一半，洗涤阻力为过滤阻力的2倍，若洗涤压力与恒压过滤压力相同，洗水粘度与滤液粘度相近，则洗涤速率（dV/d）w与最终过滤速率（dV/d）E间的关系为：（dV/d）w=0.25（dV/d）E洗水体积与滤液体积成正比,即Vw=aV 式中 Vw洗水体积,m3 a洗水体积与滤液体积之比,无因次w洗涤时间,s2.2.3.3 生产能力过滤机的生产能力通常用单位时间获得的滤液体积表示.在一个操作周期中,过滤阶段以外的时间虽不进行过滤,但仍要计入生产时间内,即按一个操作周期所用的总时间计算生产能力.过滤机的生产能力可用下式计算:式中 D卸渣、

40、清洗、装合等辅助操作时间，s Q过滤机的生产能力，m3/s将各等式代入上式，并令：可得： 为得到生产能力的最大值，令dQ/dV=0,得：故最大生产能力为：2.2.3.4 操作压力对过滤的影响过滤常数K随过滤机的操作压力而变：式中 Re过滤介质阻力，1/m 0单位压力差下滤饼的比阻，1/m2 v滤饼体积与相应的滤液体积之比，无因次2.2.3.4 面积计算由实验数据得，压滤时间为90min，滤液体积为18.43m3/h故生产能力为12.29m3/h恒速阶段的过滤速度UR=9.510-4m3/m2s洗水体积与滤液体积之比为百分之八，洗涤时操作压力与恒压过滤时操作压力相同。虚拟液体体积Ve=0.029

41、m3洗水粘度为1.04mPas，滤液粘度为2.3mPas操作压力为0.4mPa，过滤常数K=310-4m2/s可得：V=310-4A/（29.510-4）-0.029A=0.1289A m3=0.1289A/(9.510-4A)=136 sC=（136+1200）310-4A2-20.029A0.1289A-（0.1289A）2=0.3767A2故最大生产能力：Qmax=0.5310-4A2/(1+40.080.4502)0.029A+=2.0510-4A m3/s所以过滤机所需面积：A=18.43/(36002.0510-4)=24.97m2故根据板框压滤机的系列标准，可选择面积为30m2的

42、板框压滤机2.3中和过程2.3.1反应器体积的计算 2-5 立式搅拌釜反应器该反应主要为 2H3PO4 + Ca(OH)2 = Ca(H2PO4)2H2O + H2O反应的物质的量 59.36 29.68 29.68 29.68反应时间为30min，进料的体积流量v= 18.43+0.49=18.92 m3/h故有效体积为 V0=18.920.5=9.46m3设填充系数为0.8则 V=9.46/0.8=11.825 m32.3.2 反应器的设计工作压力釜内0.1MPa夹套0.3 MPa工作温度釜内80夹套140工作介质釜内溶液夹套水、蒸汽腐蚀情况轻微搅拌型式平桨式转速60r/min功率1.2K

43、w设备容积V11.825m3传热面积18.08m2推荐材料16MnR 编号名称DNa进蒸汽25b压力表25c手孔250d温度计40e进物料25f安全阀40g出料40h排凝液25i视镜801. 确定筒体的直径和高度根据反应釜的设计要求，令 H/Di=1.3 得:V=D2/4H=11.825m3则D=2.262m H=2.942m根据压力容器公称直径系列，选取D=2300mm，H=2850mm2. 确定夹套的直径和高度夹套的内径 Dj=Di+100=2400mm（符合压力容器公称直径系列要求）：Hj=28500.85=2422.5mm选取夹套Hj=2400mm，则H0=HHj=450mm 这样便于

44、筒体法兰螺栓的装拆。验算夹套传热面积：FF1Hj+Fn=23.67 m218.08m2 即夹套传热面积符合设计要求。3. 确定夹套的材料和壁厚 夹套选取Q235A的材质，可以知道板厚在4.516mm，设计温度在80时Q235A的许用应力t=113MPa，因为有夹套有安全阀，所以P1.1Pw 那么P0.33MPa，因为内部夹套无法探伤，故取0.60 根据夹套的钢板厚度负偏差c1=0.6mm，单面腐蚀取腐蚀余量c2=1.0mm。 夹套的壁厚计算如下： 标准椭圆形夹套封头的壁厚为： 圆整至钢板规定尺寸，并查阅封头标准,选取夹套的筒体和封头壁厚均为10mm。4. 确定内筒的材料和壁厚可初选筒体厚度12

45、mm,并取c1=0.8mm c2=2mm， 筒体有效壁厚 te=12-2.8=9.2mm，D0=2400+212=2424 D0/t=2424/9.2=263.4 LHj+h2+=2400+25+350/32541 L/D0=2541/2424=1.048 由和L/D0,可查表得，再查B65MPa， 因为计算的p p且比较接近，所以选筒体厚度12mm。若选取筒体下封头壁厚12mm，并取c1=0.8mm c2=2mm则： te=12-2.89.2mm标准椭圆形封头的外压计算当量球面半径: Ri=KDi=0.91000=900mm 查得B92MPa，许用外压力：p=MPap=0.315Mpa取筒体

46、下封头壁厚12mm, 符合设计要求。为了制造方便，所以上封头和下封头的厚度也设计为12mm。5. 选择釜体法兰 根据DN=1400mm ，p=0.3MPa，由于PN不会超过0.6Mpa,可以选用甲型平焊法兰。确定为RF型、甲型平焊法兰.其尺寸为D=1530 D1=1490、 D2=1455、D3=1441 D4=1438。垫片材料为石棉橡胶板，选用垫片为144014403 ，JB/T4704-2000。2.4aspen模拟及相关衡算1234Temperature C 25258080Pressure bar 1.0131.0131.0131.013Vapor Frac 0.75000Mole Flow kmol/h